Revestimento de carboneto de silício CVD-2

Revestimento de carboneto de silício CVD

1. Por que existe umrevestimento de carboneto de silício

A camada epitaxial é uma película fina específica de cristal único cultivada com base no wafer através do processo epitaxial. O wafer de substrato e o filme fino epitaxial são chamados coletivamente de wafers epitaxiais. Entre eles, ocarboneto de silício epitaxialcamada é cultivada no substrato condutor de carboneto de silício para obter um wafer epitaxial homogêneo de carboneto de silício, que pode ser posteriormente transformado em dispositivos de energia, como diodos Schottky, MOSFETs e IGBTs. Dentre eles, o mais utilizado é o substrato 4H-SiC.

Como todos os dispositivos são basicamente realizados em epitaxia, a qualidade doepitaxiatem grande impacto no desempenho do dispositivo, mas a qualidade da epitaxia é afetada pelo processamento de cristais e substratos. Está no elo intermediário de uma indústria e desempenha um papel muito crítico no desenvolvimento da indústria.

Os principais métodos para preparação de camadas epitaxiais de carboneto de silício são: método de crescimento por evaporação; epitaxia em fase líquida (LPE); epitaxia por feixe molecular (MBE); deposição química de vapor (CVD).

Entre eles, a deposição química de vapor (CVD) é o método homoepitaxial 4H-SiC mais popular. A epitaxia 4-H-SiC-CVD geralmente usa equipamento CVD, que pode garantir a continuação da camada epitaxial 4H cristal SiC sob condições de alta temperatura de crescimento.

Nos equipamentos CVD, o substrato não pode ser colocado diretamente sobre o metal ou simplesmente colocado sobre uma base para deposição epitaxial, pois envolve diversos fatores como direção do fluxo de gás (horizontal, vertical), temperatura, pressão, fixação e queda de poluentes. Portanto, é necessária uma base e, em seguida, o substrato é colocado no disco e, em seguida, é realizada a deposição epitaxial no substrato usando a tecnologia CVD. Esta base é a base de grafite revestida com SiC.

Como componente central, a base de grafite possui características de alta resistência específica e módulo específico, boa resistência ao choque térmico e resistência à corrosão, mas durante o processo de produção, a grafite será corroída e pulverizada devido ao resíduo de gases corrosivos e metal orgânico matéria, e a vida útil da base de grafite será bastante reduzida.

Ao mesmo tempo, o pó de grafite caído poluirá o chip. No processo de produção de wafers epitaxiais de carboneto de silício, é difícil atender aos requisitos cada vez mais rigorosos das pessoas para o uso de materiais de grafite, o que restringe seriamente seu desenvolvimento e aplicação prática. Portanto, a tecnologia de revestimento começou a crescer.

2. Vantagens deRevestimento de SiC

As propriedades físicas e químicas do revestimento possuem requisitos rígidos de resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão, que afetam diretamente o rendimento e a vida útil do produto. O material SiC possui alta resistência, alta dureza, baixo coeficiente de expansão térmica e boa condutividade térmica. É um importante material estrutural de alta temperatura e um material semicondutor de alta temperatura. É aplicado sobre base de grafite. Suas vantagens são:

-SiC é resistente à corrosão e pode envolver totalmente a base de grafite, e tem boa densidade para evitar danos por gases corrosivos.

-SiC possui alta condutividade térmica e alta resistência de ligação com a base de grafite, garantindo que o revestimento não caia facilmente após vários ciclos de alta e baixa temperatura.

-SiC tem boa estabilidade química para evitar que o revestimento falhe em uma atmosfera corrosiva e de alta temperatura.

Além disso, fornos epitaxiais de diferentes materiais requerem bandejas de grafite com diferentes indicadores de desempenho. A correspondência do coeficiente de expansão térmica dos materiais de grafite requer adaptação à temperatura de crescimento do forno epitaxial. Por exemplo, a temperatura de crescimento epitaxial do carboneto de silício é alta e é necessária uma bandeja com um alto coeficiente de expansão térmica correspondente. O coeficiente de expansão térmica do SiC é muito próximo ao do grafite, tornando-o adequado como material preferido para o revestimento superficial da base de grafite.
Os materiais de SiC possuem uma variedade de formas cristalinas, sendo as mais comuns 3C, 4H e 6H. Diferentes formas cristalinas de SiC têm usos diferentes. Por exemplo, o 4H-SiC pode ser usado para fabricar dispositivos de alta potência; O 6H-SiC é o mais estável e pode ser usado na fabricação de dispositivos optoeletrônicos; 3C-SiC pode ser usado para produzir camadas epitaxiais de GaN e fabricar dispositivos de RF SiC-GaN devido à sua estrutura semelhante ao GaN. 3C-SiC também é comumente referido como β-SiC. Um uso importante do β-SiC é como filme fino e material de revestimento. Portanto, o β-SiC é atualmente o principal material para revestimento.
Os revestimentos de SiC são comumente usados ​​na produção de semicondutores. Eles são usados ​​​​principalmente em substratos, epitaxia, difusão de oxidação, ataque químico e implantação iônica. As propriedades físicas e químicas do revestimento possuem requisitos rígidos de resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão, que afetam diretamente o rendimento e a vida útil do produto. Portanto, a preparação do revestimento de SiC é crítica.